JP2018080999A - 負荷試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車の歯元応力やミスアライメントの計測評価に影響を及ぼす振動や騒音などのノイズをできる限り抑制した状態で、所望のトルクを保ちながら安定的に被試験ユニットの回転軸を回転できる負荷試験装置を提供する。
【解決手段】入力軸に入力された駆動力を変換して出力軸へ出力する被試験ユニットに負荷を与えて試験する負荷試験装置であって、入力軸および出力軸の一方に直接的にまたは間接的に装着するピニオンギアと、ピニオンギアと噛合するラックと、ラックを押動する負荷を発生させる油圧装置と、入力軸および出力軸の他方に直接的にまたは間接的に装着するウォームホイールと、ウォームホイールに噛合するウォームと、ウォームを軸周りに回転するハンドル部とを備える負荷試験装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷試験装置に関する。

製品に搭載される大量に製造された、例えばトランスミッションなどのユニットを迅速に検査するための負荷試験装置が知られている（特許文献１を参照）。この負荷試験装置は、検査対象であるユニットの入力軸に駆動用モータを連結し、出力軸にトルク変換器を連結して使用する。作業者は、トルク変換器に接続された油圧モータを調整して、トルク変換器を介して出力軸に可変負荷を与えることにより、ユニットの検査を行う。

特開平７−１２８１９１号公報

製品に搭載されるユニットの検査ではなく、設計段階における試作品の試験においては、検査項目も多岐にわたる。そこで、例えば歯車の歯元応力やミスアライメントの計測評価に影響を及ぼす振動や騒音などのノイズをできる限り抑制した状態で、所望のトルクを保ちながら安定的に試作品の回転軸を回転したい。しかしながら、製品に搭載するユニットの検査を目的とした従来の試験装置においては、入力軸にモータを直結したり、出力軸とトルク変換器を直結したりしているので、検査対象にノイズの影響を大きく与えてしまう。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、被試験ユニットにノイズの影響を極力与えることなく、所望のトルクを保ちながら安定的に回転軸を回転することができる負荷試験装置を提供するものである。

本発明の一態様における負荷試験装置は、入力軸に入力された駆動力を変換して出力軸へ出力する被試験ユニットに負荷を与えて試験する負荷試験装置であって、入力軸および出力軸の一方に直接的にまたは間接的に装着するピニオンギアと、ピニオンギアと噛合するラックと、ラックを押動する負荷を発生させる油圧装置と、入力軸および出力軸の他方に直接的にまたは間接的に装着するウォームホイールと、ウォームホイールに噛合するウォームと、ウォームを軸周りに回転するハンドル部とを備える。

本発明により、被試験ユニットにノイズの影響を極力与えることなく、所望のトルクを保ちながら安定的に回転軸を回転することができる負荷試験装置を提供することができる。

本実施形態にかかる負荷試験装置の概略的な全体構成図である。 出力軸側の要部を拡大した図である。 入力軸側の要部を拡大した図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態にかかる負荷試験装置１００の概略的な全体構成図である。図中、被試験ユニット２００は、試験対象であり、負荷試験装置１００に載置されて試験される。被試験ユニット２００は、入力軸２０１と出力軸２０２を備え、入力軸２０１に入力された駆動力を変換して出力軸２０２へ出力するユニットである。被試験ユニット２００は、このような機能を有するものであればいずれのユニットでも構わないが、例えば、トランスアクスルやトランスミッションが対象となり得る。

負荷試験装置１００は、被試験ユニット２００の出力軸２０２に、ユニバーサルジョイント１２２を介して装着されるピニオンギア１２１と、ピニオンギア１２１と噛合するラック１２０とを備える。また、負荷試験装置１００は、ラック１２０を押動する負荷を発生させる油圧装置１１０を備える。さらに、負荷試験装置１００は、被試験ユニット２００の入力軸２０１に、ユニバーサルジョイント１３２を介して装着されるウォーム１３０とウォームホイール１３１と噛合するウォーム１３０とを備える。ウォーム１３０は、ウォームシャフト１３５を介して、ハンドル１３６に取り付けられている。これらの機能について、順に説明する。

油圧装置１１０は、主に、オイルタンク１１１、オイルポンプ１１２、リリーフ弁１１３、シリンダ１１４、ピストン１１５、およびポンプ制御部１１６から構成される。オイルタンク１１１は、オイルを貯蔵し、貯蔵されたオイルは、オイルポンプ１１２を介して、シリンダ１１４の内部へ流通する。オイルポンプ１１２は、ポンプ制御部１１６によって制御される。

作業者は、被試験ユニット２００の出力軸２０２へ与えたい負荷の値をポンプ制御部１１６に入力すると、ポンプ制御部１１６は、入力された負荷でピストン１１５を押動するように、ポンプ１１２を動作させてオイルを加圧する。すなわち、オイルポンプ１１２は、シリンダ１１４の内部に充填されたオイルの圧力が、入力された負荷に対応する圧力となるように動作する。

シリンダ１１４に充填されたオイルは、リリーフ弁１１３を介して、オイルタンク１１１へ還流する。リリーフ弁１１３は、ピストン１１５が移動してシリンダ１１４の内部空間の体積が減少した場合に、充填されたオイルが入力された負荷に対応する圧力を維持するように、一部のオイルをオイルタンク１１１へ逃がすための弁である。このような油圧装置１１０の構成により、ピストン１１５が移動したとしても、オイルがピストン１１５を押圧する負荷は、作業者が入力した値に一致するように保たれる。

ピストン１１５は、ラックシャフト１２５の一端に接続されている。すなわち、ピストン１１５は、シリンダ１１４内部のオイルから受ける押圧力とラックシャフト１２５から受ける押圧力のバランスにより、停止したり、移動したりする。ラックシャフト１２５の他端は、ラック１２０と一体的に接続されている。ラック１２０の表面には、ピストン１１５の移動方向、すなわちラック１２０の移動方向に直交する向きに平歯車が多数設けられている。

ピニオンギア１２１は、ラック１２０と噛合する円形歯車である。ピニオンギア１２１は、ユニバーサルジョイント１２２の一方の回転軸１２２ａの一端に、回転軸１２２ａの回転と共に回転するように枢設されている。すなわち、ピニオンギア１２１は、回転軸１２２ａが回転することにより、噛合するラック１２０を並進移動させる。

なお、図においては省略しているが、それぞれの要素はその機能が発揮されるように、固定されたりガイドされたりしている。例えば、ラック１２０は、シリンダ１１４内でピストン１１５が移動する方向に沿って並進移動できるようにガイドされており、回転軸１２２ａは、ピニオンギア１２１がラック１２０と噛合して回転力を伝達できるように軸支されている。

ユニバーサルジョイント１２２は、２つの回転軸１２２ａ、１２２ｂが継手を介して接続された構成を成し、両回転軸が一直線に並んでいなくても一方の回転力を他方へ伝達することができる。回転軸１２２ｂの一端は、カップリング１２３を介して被試験ユニット２００の出力軸２０２に接続されている。したがって、ユニバーサルジョイント１２２は、出力軸２０２からの回転トルクを、確実にピニオンギア１２１へ伝達することができる。

作業者は、ウォームシャフト１３５を回転中心として手動でハンドル１３６を回転させると、ウォーム１３０を、同じくウォームシャフト１３５を回転中心として回転させることができる。ウォーム１３０は、ウォームホイール１３１と噛合しており、ウォーム１３０の回転力を、直交する向きに変換してウォームホイール１３１に伝達する。すなわち、ウォーム１３０の回転軸とウォームホイール１３１の回転軸は直交している。

ウォーム１３０の回転軸は、ウォームシャフト１３５であり、ウォームホイール１３１の回転軸は、ユニバーサルジョイント１３２の一方の回転軸１３２ａである。すなわち、ウォームホイール１３１は、回転軸１３２ａの一端に、回転軸１３２ａの回転と共に回転するように枢設されている。したがって、作業者がハンドル１３６を回転する回転トルクは、回転軸１３２ａに伝達される。

ユニバーサルジョイント１３２は、ユニバーサルジョイント１２２と同様に、２つの回転軸１３２ａ、１３２ｂが継手を介して接続された構成を成し、両回転軸が一直線に並んでいなくても一方の回転力を他方へ伝達することができる。回転軸１３２ｂの一端は、カップリング１３３を介して被試験ユニット２００の入力軸２０１に接続されている。したがって、ユニバーサルジョイント１３２は、ウォームホイール１３１からの回転トルクを、確実に入力軸２０１へ伝達することができる。

図２は、出力軸側の要部を拡大した図である。ユニバーサルジョイント１２２の回転軸１２２ａは、ピニオンギア１２１の中心孔に嵌合して固定されている。ピニオンギア１２１の歯面は、ラック１２０の歯面と噛み合っており、回転軸１２２ａ周りにピニオンギア１２１が回転すると、回転力は並進力に変換されて、ラック１２０は紙面の左右方向に並進する。ラック１２０を並進させる並進力は、ラックシャフト１２５を介して、ピストン１１５を押したり、引いたりする力となる。

シリンダ１１４の内部空間にはオイルが充填されており、オイルは、設定された負荷でピストン１１５を押圧している。すなわち、出力軸２０２には、ラック１２０等を介して常に設定された負荷が与えられていることになる。

出力軸２０２に設定された負荷が継続して与えられているということは、被試験ユニット２００の内部を構成するギア列等も、その負荷を受けた状態に保たれていることになる。この状態で、作業者がハンドル１３６をゆっくり回転させると、被試験ユニット２００の内部を構成するギア列等は、設定された負荷を受けた状態で回転したり変位したりする。その変位は、出力軸２０２の回転となって現れ、ピニオンギア１２１等を介してピストン１１５を変位させる。

ピストン１１５の変位によってシリンダ１１４の内部空間の容積は変化するが、その変化分のオイルは、リリーフ弁１１３から逃がされたり、オイルポンプ１１２から供給されたりする。すなわち、オイルによる押圧力が一定に保たれる。

図３は、入力軸側の要部を拡大した図である。作業者がハンドル１３６を握ってウォームシャフト１３５を回転中心として回転すると、ウォームシャフト１３５が回転し、ウォームシャフト１３５に連結されたウォーム１３０が回転する。

ユニバーサルジョイント１３２の回転軸１３２ａは、ウォームホイール１３１の中心孔に嵌合して固定されている。ウォーム１３０の歯面は、ウォームホイール１３１の歯面と噛み合っており、ウォーム１３０がウォームシャフト１３５周りに回転すると、回転方向が直交方向へ変換されて、ウォームホイール１３１は回転軸１３２ａ周りに回転する。ウォームホイール１３１の回転力は、被試験ユニット２００の入力軸２０１を回転させる。

被試験ユニット２００の出力軸２０２には設定された負荷が与えられており、その負荷は、被試験ユニット２００の内部を構成するギア列等を介して入力軸２０１にまで伝達される。しかし、ウォームホイール１３１側からウォーム１３０を回転させることはできないので、伝達された負荷が、ハンドル１３６を回転させることはない。

したがって、作業者は、負荷に抗する力を加え続ける必要がなく、例えば、一定量だけハンドル１３６を回転させて停止させ、その状態における被試験ユニット２００の内部の様子をゆっくりと観察、計測することができる。つまり、設定された負荷をかけ、静止させた状態で、被試験ユニット２００の内部を構成するギア列等を観察、計測することができる。また、このような構成により、入力側から与える回転力を作業者による動作により生じさせることができる。すなわち、電気モータなど、振動や騒音などのノイズを伴う駆動源に依存しないので、ノイズの影響をほとんど受けることなく被試験ユニット２００を観察、計測することができる。

また、このような構成によれば、ハンドル１３６を順方向にも逆方向にも回転することができ、その動作に応じてシリンダ１１４内のオイルが調整されるので、一度の試験で多くの状態を観察、計測することができる。

なお、本実施形態における負荷試験装置１００は、ウォームホイール１３１を入力軸２０１に、ユニバーサルジョイント１３２を介して間接的に装着した。また、ピニオンギア１２１を出力軸２０２に、ユニバーサルジョイント１２２を介して間接的に装着した。このような構成により、ウォームホイール１３１の回転軸と入力軸２０１の成す角、ピニオンギア１２１の回転軸と出力軸２０２の成す角が、それぞれ１８０度から若干ずれたとしても、作用力を一方から他方へ確実に伝達させることができる。しかし、被試験ユニット２００の設置を厳密に行い得るのであれば、ウォームホイール１３１を入力軸２０１に、ピニオンギア１２１を出力軸２０２に、直接的に装着する構成であっても構わない。

また、本実施形態における負荷試験装置１００は、被試験ユニット２００の入力軸２０１と出力軸２０２のそれぞれの装着を反対にして利用することもできる。すなわち、ウォームホイール１３１を出力軸２０２に装着し、ピニオンギア１２１を入力軸２０１に装着して、入力軸側に設定した負荷を与え、出力側から駆動力を与えてその挙動を観察、計測しても良い。このように利用することで、多様な試験を行うことができる。

また、本実施形態においては、ハンドル１３６を作業者が手動で回転するものとして説明したが、ハンドル１３６を回転する駆動力は、振動や騒音などの観察や計測に影響するノイズを発生しないものであれば、他の駆動源を採用しても良い。他の駆動源を採用する場合は、ハンドル１３６は図示したものに限らず、駆動力を伝達する伝達機構として機能する様々な構成を採用し得る。

１００ 負荷試験装置、１１０ 油圧装置、１１１ オイルタンク、１１２ オイルポンプ、１１３ リリーフ弁、１１４ シリンダ、１１５ ピストン、１１６ ポンプ制御部、１２０ ラック、１２１ ピニオンギア、１２２ ユニバーサルジョイント、１２３ カップリング、１２５ ラックシャフト、１３０ ウォーム、１３１ ウォームホイール、１３２ ユニバーサルジョイント、１３３ カップリング、１３５ ウォームシャフト、１３６ ハンドル、２００ 被試験ユニット、２０１ 入力軸、２０２ 出力軸

Claims (1)

1. 入力軸に入力された駆動力を変換して出力軸へ出力する被試験ユニットに負荷を与えて試験する負荷試験装置であって、
   前記入力軸および前記出力軸の一方に直接的にまたは間接的に装着するピニオンギアと、
   前記ピニオンギアと噛合するラックと、
   前記ラックを押動する負荷を発生させる油圧装置と、
   前記入力軸および前記出力軸の他方に直接的にまたは間接的に装着するウォームホイールと、
   前記ウォームホイールに噛合するウォームと、
   前記ウォームを軸周りに回転するハンドル部と
   を備える負荷試験装置。

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